完善鋼軌全壽命管理系統的幾點思考

馮一波 中國鐵路上海局集團有限公司上海工務大修段

1 前言

鋼軌作為鐵路軌道的主要組成部件。用于導引車輪,承受列車荷載并為車輪提供連續、平順和阻力最小的滾動表面。在電氣化鐵道或自動閉塞區段，鋼軌還可兼做軌道電路之用。

自1894年至今，我國自行生產鋼軌的歷史有120多年。目前我國年產鋼軌超過400萬t，鋼軌的質量達到世界先進水平，不僅滿足既有線使用及高鐵建設的需要，還部分出口。按目前有關技術政策，鋼軌使用至規定運量或鋼軌磨耗到一定程度后，必須進行換軌大修或更換。以60 kg/m鋼軌為例，大修費用約100萬元/km；其中鋼軌本身費用約5 500元/t，每公里需要66萬元，鋼軌費用占大修費用近70%。可見，鋼軌的大修和維修費用占工務維修費用的大部分。

產品的全壽命管理是對一個產品（物）從需求、規劃、設計、生產、經銷、運用、使用、養護、回收（或一次使用至報廢）、整修、再用、處置（終身報廢）的各個階段的管理。在每個階段都會產生大量的數據，供管理者使用，并通過對這些數據的分析、研判、決策，決定后續管理要求。

初步分析鋼軌的全壽命管理，可以由幾個方面或階段組成：需求、設計、采購、加工、使用、養護、回收（一次報廢）、整修、再用、處置（終身報廢）。

從鐵路鋼軌使用的不同階段來看鋼軌的全壽命管理，涉及多個單位或部門，因各局換軌大修管理及鋼軌使用要求略有不同以及高鐵線路尚未開始大規模換軌大修，以上海局集團公司為例，鋼軌一生在鐵路系統內部的經歷可以簡單歸納為：

大修段（焊軌基地）→大修段（現場焊接及鋪設）→工務段（驗收、使用及維護維修）→大修段（換軌大修）→大修段（下道回收至整修基地）→大修段（鋼軌焊接、整修）→大修段（現場焊接、鋪設）→工務段（驗收、使用及維護維修）→大修段（換軌、回收）→大修段（報廢處置）。

在鋼軌使用的全過程中可以看出在不同的階段，在生產、運用及管理過程中，均產生大量的數據，并通過對這些數據的分析、運用，指導相關鋼軌管理工作開展，同時這些數據反饋至鋼軌生產、設計、研究部門，用于不斷優化研發新型鋼軌。應該說，鋼軌的全壽命管理自始至終就是數據的管理。

2 現狀及分析

鋼軌從投入使用起，管理及數據就一直存在，隨著管理要求的不斷變化，鋼軌管理的數據量在急劇上升，多年來隨著科學技術的進步，對鋼軌管理的手段及方法也在不斷進步中，從最早的紙質記錄到目前普遍采用電子記錄，形成不同形式、格式的數據庫，這些數據庫的建立健全及運用，為鐵路鋼軌安全運用、鐵路運輸的高效運轉、鐵路企業的規范管理發揮極其重要的作用。

雖然說鋼軌管理技術、手段、方式在不斷健全完善規范，但從全壽命管理要求角度來看，目前的鋼軌全壽命管理信息系統尚處在初級階段，一是相關作業記錄信息較多處在單元性的紙質（或電子）狀態；二是各作業單位的鋼軌管理信息尚未互通聯網實現數據共享；三是既有的單元性數據庫技術格式互不相同；四是既有的單元性數據庫數據未能實現遠程查詢；五是管理數據在有效運用上還存在眾多空白；六是既有的各單位的單元性數據尚未充分挖掘價值。

基于上述單元性的數據記錄現狀，當各作業單位或上級管理部門在管理（使用）中需要查驗相關數據時，工作量非常巨大且查詢時間較長，在數據追溯中難以獲得需要的量值或信息，尤其是留存較長時間的數據難以保證數據的準確性，對問題處置決策帶來極大的困難，也難于運用數據進行某項工作計劃的確定。表現在線路發生鋼軌失效（斷軌）事件后，難以準確迅速獲取該鋼軌或接頭的生產廠家、軌種、成分、上道時間、通過運量、生產作業信息、日常養護維修信息、檢驗檢測信息等等。既影響現場及時處置，也為準確分析鋼軌失效（斷軌）原因造成不便，更浪費了數據資源。

從迫切性方面看，早期工務段管轄范圍在100 km左右，一個換軌大修周期在7年左右，需要管理的鋼軌數據量不大。但隨著生產力布局調整，工務段管轄范圍增加至500 km左右并將進一步增加，換軌大修周期延長至10年左右，對應需要管理的鋼軌數據量大幅增加。建立健全完善全面的鋼軌全壽命管理信息系統迫切性更隨著高鐵的快速發展愈加顯現。

從必要性方面看，隨著安全管理要求的不斷提升，確保鐵路安全已成為鐵路人的政治底線及職業紅線。鋼軌及鋼軌焊接接頭的安全性是保證鐵路運輸安全的一個重中之重的前提，當鋼軌或接頭在役折斷，一則可能造成安全事故的產生，給鐵路安全管理帶來不良影響；二則處理突發性鋼軌折斷，必然給鐵路正常運輸生產組織帶來極大干擾；三則在役鋼軌折斷應急及永久處理，加大了鐵路生產成本。建立健全鋼軌全壽命管理信息系統是迫切需要的。

從可行性方面看，隨著計算機大面積使用、互聯網（局域網）的廣泛運用、單元性鋼軌管理數據庫的逐步健全完善，尤其是近幾年來大數據技術、云計算等技術的快速發展，各單元性鋼軌管理數據的不斷積累，為建立健全鋼軌全壽命管理信息系統提供了能力保證。具有唯一性的鋼軌標識及鋼軌焊接接頭標識為數據溯源提供了基本保證，建立健全覆蓋全局全路的鋼軌全壽命管理信息系統是充分可行的。

3 鋼軌全壽命管理信息系統架構設想

建立健全鋼軌全壽命管理系統前期可以在既有的單元性數據庫基礎上進行統籌分析，梳理庫型，調研并確定數據格式，逐項逐點在統一的框架下不斷補強完善。同時，既然是鋼軌全壽命管理信息系統必須考慮將規劃、設計、生產、經銷等階段的相關數據逐漸導入或在數據庫安全性得到有效保證的前提下導入，逐步形成一個融合鋼軌生產廠、鋼軌經銷商、大修段（焊軌基地）、工程局（高鐵建設現場焊接）、大修段（現場焊接）、檢測所（軌檢車）、各工務段（高鐵段）、集團公司物資處、工務處、建設處等多個節點組成的網絡性信息庫。基于鋼軌全壽命使用過程具有涉及單位多、運用時間長、采集數據多、使用要求異等情況，不建議組建單體型數據信息庫，而采用網格性信息庫，即鋼軌全壽命管理中的每個節點根據作業特性、管理要求在統一框架下組建各自完善的單元性數據信息庫，通過安全鏈接形成路網性的鋼軌全壽命管理系統。

①鋼軌生產廠：提供唯一性的鋼軌標識（爐號+流序號）為信息追蹤依據，向后續作業單位提供產品合格證、成分及性能、質保書等。鋼軌生產數據可原地保存；

②鋼軌經銷商：相關銷售記錄本地保留，中國鐵物公司繼續負責鋼軌供應鏈管理，收納焊軌基地按總公司要求上傳的相關數據。

③鋼軌焊接單位（大修段、工程局等）：利用鋼軌生產廠提供的質保書，可以獲悉鋼軌成分等信息，也可以通過唯一性的鋼軌標識（爐號+流序號）通過鋼軌生產廠生產數據庫追溯相關鋼軌生產數據。

鋼軌焊接后對每個焊接接頭實行唯一性標識，以便實現數據追蹤。所有焊接鋪設、精調等作業過程數據信息，除本地保留外按有關要求移交給后續作業或管理單位。（局管內各工程局數據應同步保留至集團公司建設處備份）。

④工務段：接受工程局或大修段移交的相關數據信息，以焊接接頭標識號為基礎依據，將每個焊接接頭標識號與里程或所在位置（道岔、股道內接頭）關聯，建立管理臺帳，及時納入使用及維護維修（線別+里程+股別、鋼廠、軌型、軌種、交貨狀態、上線日期、通過總重、探傷、鋼軌廓形修理、鋼軌潤滑、傷損鋼軌更換等）信息，直至一次使用周期完結。

⑤換軌大修更換下道的鋼軌，按技術標準處置。對擬再用的鋼軌，可比照上述過程繼續實施管理。

⑥集團公司管理部門：物資處可根據年度計劃及設計文件采購鋼軌并建立相關數據庫。建設處可根據工程情況建立新建或改建線路鋼軌過程管理相關數據庫，工務處可根據日常維修大修工作建立鋼軌統籌管理系統。

4 鋼軌全壽命管理信息系統運用思考

鋼軌焊接單位在焊接前通過檢查發現的質量異議信息、焊接生產過程中的質量異常信息、鋼軌質量異議信息、鋼軌損耗清單等，可以根據需要部分納入鋼軌全壽命管理系統。鋼軌采購部門應參與鋼軌質量異議，并可以通過全壽命管理系統了解部分信息，反饋鋼軌生產廠優化鋼軌生產，提升鋼軌質量；

鋼軌生產廠可以通過用戶反饋以及鋼軌全壽命管理系統的大數據分析，不斷改進完善鋼軌性能，為用戶提供更好的鋼軌。

鋼軌修檢單位應及時將有關檢修（如廓形修正打磨）檢測（如軌檢車檢測）數據同步納入系統。

鋼軌運用單位（工務段或高鐵段）將所有數據全部及時納入后，可充分利用數據庫及數學模型，根據系統提示提前謀劃維修計劃，針對某個區段鋼軌磨耗率急劇上升、鋼軌傷損率失效率有明顯上升等，可以統籌準備備用鋼軌、安排鋼軌更換作業計劃。當某種鋼軌傷損率上升后，可以通過系統提醒其他工務段對同類同種鋼軌補強檢查等。

集團公司建設處可以利用鋼軌全壽命管理信息系統及時有效掌握鋪設、精調過程中鋼軌和焊接接頭的相關信息，輔助管理決策。

集團公司工務處可以通過對鋼軌全壽命管理系統的數據，進行分析運用。根據鋼軌磨耗、傷損等數據信息，合理安排大修計劃等。同時可以在全壽命管理信息庫中納入常見鋼軌病害、傷損分析報告。

5 健全鋼軌全壽命管理信息系統當前工作思考

5.1 明確數據溯源對象

鋼軌全壽命管理信息系統的建設，最關鍵是確定一個可以有效追蹤的對象，在進行鋼軌焊接前，鋼軌信息依賴于唯一性的鋼軌標識（爐號+流序號），可以通過鋼軌生產廠附加在每支鋼軌上的二維碼追蹤。鋼軌焊接后所有信息依賴于焊接接頭標識。所以，鋼軌生產廠必須保證鋼軌標識的可靠性，大修段、工務段必須保證焊接接頭標識的可靠性。

目前，在焊軌基地焊接后，對鋼軌焊接接頭進行標識，并同步記錄該接頭前后二支鋼軌的鋼軌標識（爐號+流序號）。由于鋼軌標識和焊接接頭標識易受鋼軌銹蝕等影響，難以長久保留，在現有管理要求前提下，相關作業單位及時準確的將鋼軌和焊接接頭標識與自身作業信息關聯后采集到管理信息系統中是確保可追溯的另一個關鍵點，也是一個難點。

5.2 明確數據溯源位置

當鋼軌鋪設上道后，通過北斗定位系統進行定位，也可結合三維監測網應用，確定鋪設線路名稱、公里數、左右股別等基本信息，確保鋼軌位置準確度和唯一性。

當鋼軌因失效提前下道后，以新納入鋼軌的焊接接頭標識號為追蹤依據。

5.3 建立數學模型

利用系統數據，如軌距、磨耗量、磨耗變化、通過運量、鋪設時間等相關數據分析線路設備變化趨勢；對某個線路區段階段性鋼軌傷損率、失效率自動進行分析警示，為集團公司分析鋼軌安全運用能力、預研無損檢測計劃、預判維修計劃、確定大修計劃等提供幫助。

5.4 確定追溯要求

可以通過系統，利用焊接接頭標識號、鋼軌生產標識、軌種、軌型、時速、鋼廠等完整或殘缺的模糊信息，迅速查找相關鋼軌基礎信息、鋼軌焊接生產信息、運用信息、維護信息等。

6 結束語

建立健全鋼軌全壽命管理系統有助于提升鋼軌管理能力、有助于提高鋼軌問題處理能力、有助于充分使用鋼軌能力，但系統建立健全是一項工作量巨大涉及面極廣的系統工程，必須全面謀劃在前。基于對鋼軌全壽命管理理解能力有限，如何充分利用既有單元性數據庫、如何將既有數據了進行有效融合充分運用仍需要仔細商榷。